(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ：６〜１３％（質量％、以下同じ）、Ｆｅ：０．０５〜０．５％を含有し、さらにＴｉ：０．１〜１．０％、Ｚｒ：０．１〜１．０％のうち１種以上を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金ろう材を製造するにあたり、前記ろう材の鋳塊を３００℃以上の温度で均質化処理することを特徴とするアルミニウム合金ろう材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法で製造されたろう材を、芯材を有するアルミニウム合金シート材の表面の片面または両面に圧着し、クラッドしたアルミニウム合金ブレージングシートを製造するにあたり、圧着時の熱間圧延前にアルミニウム合金シート材と前記アルミニウム合金ろう材とを４００℃以上で加熱することを特徴とするアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金ろう材およびアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法に関するものであり、特にラジエータ、コンデンサなどの自動車用熱交換器の構成部材として好適に使用されるアルミニウム合金ブレージングシート及びアルミニウム合金ろう材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金は軽量かつ高熱伝導性を備えているため、自動車用熱交換器、例えば、ラジエータ、コンデンサ、エバポレータ、ヒーター、インタークーラなどに用いられている。自動車用熱交換器は主にろう付法によって製造される。通常、ろう付は、Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材を用い、６００℃程度の高温で行われる。
ろう付方法には様々あるが、非腐食性フラックスであるフッ化物系フラックスを用いて、Ｎ２ガス中でろう付するＮＢ法（ノコロックブレージング法）が一般的に用いられている。このＮＢ法において使用されるろう材合金には、例えばＪＩＳ４３４３合金、ＪＩＳ４０４５合金、ＪＩＳ４０４７合金等のＡｌ−Ｓｉ系ろう材がある。
ろう付を用いて製造するラジエータ等のアルミニウム合金製熱交換器は、例えば図１に示すように複数本の扁平チューブ（２）の間にコルゲート状に加工したフィン（１）を一体に形成し、該扁平チューブの両端はプレート（３）とタンク（４）とで構成される空間にそれぞれ開口させた構造を有する。ここで扁平チューブ（２）には、板材をロール成形等により、例えば図２に示すような形状に加工したＢ型チューブが用いられることがある。
【０００３】
Ｂ型チューブを用いた場合、図３に示すように、プレート（３）に形成したチューブ穴に扁平チューブ（２）を挿入した際に、楕円形で示す隙間部分（５、６）が図示のように形成される。これらの隙間は、主にプレートから供給されるろうによって完全に充填することが必要である。しかしながら、Ｂ型チューブを用いた熱交換器をろう付した場合、プレートから供給されるろうがＢ型チューブに形成された溝を介して毛細管力によってフィン側へ吸われる現象が起こり、この隙間部分（５，６）にろうが十分に行きわたらず、ろう付不良を引き起こす要因となっている。
ろう材にＴｉやＦｅを添加することによって、ろう材電位の貴化による自己耐食性の向上、ろう材が溶融した際の粘性の向上を狙ったアルミニウム合金ろう材およびアルミニウム製熱交換器用ブレージングシートが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、ろう材の粘性を向上させれば、ろうの流動性が向上し、チューブとプレートの接合部におけるろう付不良を抑制することは難しい。すなわち、溶けたプレートのろうは、成形でできたチューブの溝を通路としてコア部に流れていき、その際にろうの粘性によってプレートろうの流れ方が大きく変わってくると考えられる。
(a)例えば、粘性の極めて低い液体の場合はサラサラしているので、毛細管力が小さく、コア部にろうが引っ張られにくくなる。
(b)粘性が大きくなると毛細管力が大きくなってコア部に引っ張られやすくなるが、こうなると根付部のところにプレートろうが残りにくくなるのでろう付不良の原因となる。
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−３４２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように従来の技術では、自動車用熱交換器のろう付、特にＢ型チューブを用いた熱交換器のろう付において、チューブとプレートの接合部におけるろう付不良を抑制することは困難であった。
本発明は、この問題点を解消するべく行われたものであって、アルミニウム合金ブレージングシートにおいて、約６００℃で行われるろう付において良好なろう付性を得ることができ、特にチューブとプレートの接合部においてろう付不良を低減することができるろう材の製造方法およびアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記の課題は下記の手段により実現された。
（１）Ｓｉ：６〜１３％（質量％、以下同じ）、Ｆｅ：０．０５〜０．５％を含有し、さらにＴｉ：０．１〜１．０％、Ｚｒ：０．１〜１．０％のうち１種以上を含有し、残部Ａｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金ろう材を製造するにあたり、前記ろう材の鋳塊を３００℃以上の温度で均質化処理することを特徴とするアルミニウム合金ろう材の製造方法。
（２）前記（１）に記載の方法で製造されたろう材を、芯材を有するアルミニウム合金シート材の表面の片面または両面に圧着し、クラッドしたアルミニウム合金ブレージングシートを製造するにあたり、圧着時の熱間圧延前にアルミニウム合金シート材と前記アルミニウム合金ろう材とを４００℃以上で加熱することを特徴とするアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、約６００℃で行われるろう付において良好なろう付性を得ることができ、特にチューブとプレートの接合部においてろう付不良を低減することができる。その結果、熱交換器のろう付組立において、ろう付の不良率低減を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のアルミニウム合金ろう材の製造方法の好ましい実施の態様について、詳細に説明する。
本発明のアルミニウム合金ろう材の成分元素の添加理由および添加範囲について説明する。
Ｓｉは、Ａｌの融点を低下させ、溶融時の流動性を高める。Ｓｉの含有量は、６〜１３％（以下、組成を示す％は質量％を示す。）、好ましくは７〜１２％の範囲であり、６％未満ではその効果が不十分であり、１３％を越えるとろう材の融点が高くなり、流動性が低下する。また、過共晶組成となるため、粗大な初晶Ｓｉを生成し、加工性の低下をまねく。
Ｆｅは、ろう材のマトリクス中にＡｌ−Ｆｅ系化合物を生成し、溶融したろうの粘性を上げる作用をする。Ｆｅの含有量は、０．０５〜０．５％の範囲であり、０．０５％未満では、高純度アルミニウム地金を使用せねばならず、コスト高となり、０．５％を超えると、カソード起点となるＡｌ−Ｆｅ系化合物が多くなり耐食性が低下する。より好ましくは、０．１〜０．４％である。
Ｔｉは、ろう材のマトリクス中にＡｌ３Ｔｉ化合物を生成し、溶融したろうの粘性を上げる効果がある。Ｔｉの含有量は、０．１〜１．０％の範囲であり、０．１％未満ではその効果が小さく、１．０％を超えると鋳造時に粗大な初晶Ａｌ３Ｔｉ化合物を生成し、加工性の低下をまねく。より好ましくは、０．２〜０．８％である。
Ｚｒは、ろう材のマトリクス中にＡｌ３Ｚｒ化合物を生成し、溶融したろうの粘性を上げる作用をする。Ｚｒの含有量は、０．１〜１．０％の範囲であり、０．１％未満ではその効果が不十分であり、１．０％を超えると鋳造時に粗大な初晶Ａｌ３Ｚｒ化合物を生成し、加工性の低下をまねく。より好ましくは、０．２〜０．８％である。
本発明では、Ｔｉ又はＺｒのいずれかが添加されていれば目的の効果が得られるが、溶融したろうの粘性を十分に上げてチューブとプレートの接合部におけるろう付性を向上させるためには、ＴｉとＺｒの両方を添加することが特に好ましい。
【００１０】
さらに、本発明のアルミニウム合金ろう材およびアルミニウム合金ブレージングシートの製造方法の好ましい実施態様について説明する。
本発明においては、以下に示す製造工程のうち、少なくとも１つ以上を入れることで効果が得られるものであり、全ての工程を必ずしも行う必要はない。まず、ろう材を鋳造した後、３００℃以上の温度で均質化処理を行う。ろう材鋳塊に均質化処理を行うことにより、鋳造時に固溶したＴｉおよびＺｒがＡｌとともに金属間化合物として析出し、その金属間化合物の密度が上がることで、ろう材が溶融した際にろうの粘性が上がる効果が得られる。３００℃未満の温度ではその効果が十分に得られない。より好ましくは、３５０℃以上である。この場合の上限は特に制限するものではないが、５５０℃以下が好ましい。得られたろう材鋳塊に面削を行い、熱間圧延で所望の厚さまで圧延し、心材と組み合わせて熱間圧延を実施する。この際、ろう材と心材とを重ね合わせて圧着する前に加熱温度は４００℃以上で熱処理するのが好ましい。熱間圧延前の加熱により、Ｔｉ、ＺｒとＡｌの金属間化合物の析出が得られ、ろうの粘性上昇に対して効果がある。加熱温度が４００℃未満では、ろう材と心材の圧着不良が起こる可能性がある。より好ましくは、４４０℃以上である。加熱温度の上限は特に制限はないが５５０℃以下が好ましい。得られたクラッド材を冷間圧延し、中間焼鈍、或いは最終焼鈍を行う。焼鈍温度は特に制限しないが、好ましくは３５０℃以上である。
【００１１】
心材のアルミニウム合金組成は、アルミニウム合金ブレージングシートに通常使用されているアルミニウム合金であればどのようなものでも良いが、ＪＩＳ３００３合金等のＡｌ−Ｍｎ系合金が好ましく、Ａｌ−Ｍｎ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金等、高強度で、高耐食性の合金等を使用することができる。
ろう材をクラッドする前のアルミニウム合金シート材は、心材のみからなるベア材のほか心材−犠牲陽極材層、中間材層−心材−犠牲陽極材層等からなる構造を有するものが挙げられる。ろう材のクラッドはこのアルミニウム合金シート材に対して、ベア材の場合は片面又は両面のいずれの例でもよい。また犠牲陽極材層が設けられている場合は、その反対側の面に対して行うのが好ましい。
本発明のアルミニウム合金ブレージングシートにおいてろう材層のクラッド率は、心材の厚さに対し、３％以上が好ましく、５〜１５％がより好ましい。
【実施例】
【００１２】
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
表１に示す合金組成をもつろう材をそれぞれ金型鋳造により鋳造して、各々両面を面削して仕上げ、熱間圧延により５ｍｍの厚さまで圧延した。次に、心材としてＪＩＳ３００３合金を金型鋳造により鋳造し、６００℃×３ｈの均質化処理を実施し、その後面削して仕上げ、４５ｍｍ厚とした。その後、心材の片面に１０％のクラッド率でろう材を組み合わせて、加熱処理し、熱間圧延により圧着して、３．５ｍｍの２層クラッド材とした。その後、冷間圧延を行い、１．２ｍｍの板材とし、３８０℃×２ｈの最終焼鈍を行い、Ｏ調質材とした。ここで、ろう材鋳塊の均質化処理の有無、処理温度、クラッド材の熱間圧延前の加熱温度については、表２に示したとおりである。
次に、前記作製した板材を供試材とし、ろう付性、外部耐食性の評価を以下に示す方法で行い、それらの結果を表３に示した。
【００１３】
（１）ろう付性：
図４に示すように、０．３ｍｍのＪＩＳ３００３合金のベア材を用いて、成形加工により幅方向の中央に溝８ａ（深さ１．５ｍｍ）を形成させたサンプルを作製した後、コルゲート成形した３００３合金のフィン（９）と、コの字型に成形した供試材（７）とあわせることでろう付試験用テストピースを作製した。これを５％のフッ化物フラックスを懸濁した水溶液中に浸漬し、２００℃で乾燥後に６００℃×３ｍｉｎのノコロックブレージング法によりろう付加熱を行った。その後、図５に示すような断面のミクロ観察を行い、供試材（７）と３００３合金ベア材（８）との接合部において形成されたフィレット（１０）ののど厚（フィレット中の白矢印で示した部分）を測定した（参考文献：アルミニウムブレージングハンドブック  Ｐ．１２９  軽金属溶接構造協会）。
のど厚が、１５０μm以上のものは、ろう付性が良好「○」、のど厚が１５０μm未満のもの、或いはフィレットが形成されなかったものは、ろう付性が不十分「×」とした。
【００１４】
（２）外部耐食性評価：
６００℃×３ｍｉｎのろう付加熱後、ろう材側の耐食性を評価するため心材側をシールし、単板でＣＡＳＳ試験（ＪＩＳ  Ｈ８６８１）５００ｈを実施し、最大孔食深さを測定した。最大孔食深さが３００μｍ未満のものは外部耐食性が良好「○」、３００μｍ以上のものは外部耐食性が不十分「×」とした。
【００１５】
（３）ろう材中の粗大金属間化合物の生成：
得られた供試材のろう材において、Ｌ−ＬＴ面の断面ミクロ観察を光学顕微鏡により実施し、粒径が５０μｍ以上である粗大な金属間化合物の生成について確認した。なお、圧延方向（Ｌ方向）と、圧延面に対して平行でＬ方向に対して垂直な方向（ＬＴ方向）で形成される面がＬ−ＬＴ面である。
粗大金属化合物が生成していないものは「○」、生成したものは「×」とした。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
【表２】
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【００１８】
【表３】
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【００１９】
表３から明らかなように、本発明例である試験材Ｎｏ．１〜６、１１および１３は、ろう付性、外部耐食性において優れており、且つろう材中に粗大な金属間化合物の生成が認められなかった。
それに対して、比較例である試験材Ｎｏ．７（Ｔｉ、Ｚｒなし）、１５（均質化低温）は、フィレットのど厚が必要サイズ得られず、ろう付性が不十分であった。また、試験材Ｎｏ．９（Ｆｅ過多）は、ろう材中のＡｌ−Ｆｅ系化合物が多かったため、外部耐食性が悪化した。Ｎｏ．８、１０は、ろう材に添加したＴｉ、Ｚｒが多かったため、鋳造時に初晶が生成し、最終的に得られた供試材のろう材中に粗大な金属間化合物が残存したままであった。試験材Ｎｏ．１４は、熱間圧延前の加熱温度が低く、ろう材と心材が圧着不良を起こした。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】アルミニウム合金製熱交換器の斜視図である。
【図２】Ｂ型チューブの斜視図である。
【図３】プレートのチューブ穴に扁平チューブを挿入した平面図である。
【図４】ろう付試験用テストピースの斜視図である。
【図５】ノコロックろう付加熱後の試験用テストピースの一部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    フィン
２    扁平チューブ
３    プレート
４    タンク
５    隙間部分
６    隙間部分
７    供試材
８    合金ベア材
９    フィン
１０  フィレット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0005599131.tif 000008
【図５】
0005599131.tif 000009